用于圓形金屬零件表面改性的包覆材料及制備和焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于圓形金屬零件表面改性的包覆材料及制備和焊接方法，屬于釬焊領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料在使用過程中受到環(huán)境與載荷的作用下易產(chǎn)生失效，零件的失效往往從表面開始，零件表面強度的高低、耐腐蝕性及耐磨性的好壞，在許多情況下，對于零件的使用壽命具有決定性意義。據(jù)統(tǒng)計，機械設(shè)備功能失效50%歸因于零件表面磨損，每年因磨損失效而引起的損失約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的1%。因此，對金屬材料表面進行表面保護和表面強化處理，不僅可以提高材料的使用壽命，而且可以獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。
[0003]目前主要使用的表面改性的方法有熱噴涂、堆焊、硬質(zhì)合金鑲塊和氣相沉積等方法，但由于工件工作環(huán)境和要求的提高，這一系列耐磨處理方法由于本身具有的一些不足，使得它們越來越不能滿足工業(yè)應(yīng)用的需要。如:熱噴涂涂層與基體間的連接強度不高，并且涂層的厚度不能太厚;堆焊由于在焊接過程中受熱不均勻，溫度梯度大，在焊后容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力和變形，甚至有可能產(chǎn)生裂紋;氣相沉積方法所得到的耐磨層太薄。
[0004]通過釬焊的方法在零件表面焊上包覆涂層能夠有效解決上述所提到方法中存在的一些問題，有效提高零件表面的硬度、耐腐蝕性及耐磨性。所用的包覆材料為柔性的布狀材料，能夠適應(yīng)不同位置及不同形狀零件的焊接。目前制作這種“金屬布”主要采用的方法是流延法，但通過該方法制作“金屬布”工藝復雜，制作周期長，厚度不方便控制，不適用于工業(yè)生產(chǎn)，由于圓形金屬零件的形狀不同于平板材料，在釬焊過程中存在釬料潤濕性差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種用于圓形金屬零件表面改性的包覆材料及制備和焊接方法，通過在硬質(zhì)合金“金屬布”與圓形金屬零件表面增加一層純釬料“金屬布”，釬料潤濕性差的問題。
[0006]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種用于圓形金屬零件表面改性的包覆材料，所述包覆材料包括硬質(zhì)合金“金屬布”與NiCrBSi釬料“金屬布”，所述硬質(zhì)合金“金屬布”與NiCrBSi釬料“金屬布”通過釬焊膠粘結(jié)成一整體，硬質(zhì)合金“金屬布”由以下重量百分比的組分組成:Ni包碳化鎢粉34%?40%丄0包碳化鎢粉21%?24%、祖粉5%?8%、(:0粉4%?6%、Ti粉2%?3%、NiCrBSi釬料粉24%?28%，其中Ni包碳化鎢粉顆粒尺寸為25μπι?35ym，Co包碳化媽粉顆粒尺寸為25?35ym，Ni粉顆粒尺寸為5μηι?15ym，Co粉顆粒尺寸為5μηι?15ym，Ti粉顆粒尺寸為5μηι?15ym，NiCrBSi釬料粉顆粒尺寸為5μηι?15μηι。
[0007]作為優(yōu)選，所述硬質(zhì)合金“金屬布”中加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑與硬質(zhì)合金“金屬布”質(zhì)量之比為1:20。
[0008]作為優(yōu)選，所述粘接劑為有機硅樹脂，工作溫度為300°C?350°C。
[0009]—種上述的用于圓形金屬零件表面改性的包覆材料的制備方法，包括以下步驟:
[0010](1)按質(zhì)量百分比稱取Ni包碳化鎢粉、Co包碳化鎢粉、Ni粉、Co粉、Ti粉、NiCrBSi釬料粉，并將其混合；
[0011 ] (2)將混合物裝入自動攪拌設(shè)備器皿中，并加入粘接劑，然后將器皿封閉，攪拌15?20min，得均勻的混合體，其中混合物與粘接劑質(zhì)量比為20: 1;
[0012](3)將步驟2得到的混合物放在電熱恒溫箱中加熱到100?150°C，保溫1?2h，以提尚混合物的粘桐性；
[0013](4)利用“金屬布”乳制裝置對步驟3攪拌得到的混合物進行乳制，通過改變?nèi)檩伒母叨?，?jīng)過“初乳”、“成型”及“終乳”三個階段乳制出硬質(zhì)合金“金屬布”；
[0014](5)按照步驟(4)乳制純釬料粉NiCrBSi“金屬布”；
[0015](6)按照圓形金屬零件的尺寸對硬質(zhì)合金“金屬布”與NiCrBSi釬料“金屬布”進行裁剪。
[0016]—種上述的用于圓形金屬零件表面改性的包覆材料的焊接方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0017](1)焊前準備:對待焊的圓形金屬零件進行表面清理，除去油污、雜質(zhì)及氧化膜，并置于丙酮中采用超聲波方法清洗15_20min，根據(jù)零件的尺寸分別裁剪硬質(zhì)合金“金屬布”及釬料“金屬布”；
[0018](2)試樣裝配:在零件表面及兩種“金屬布”表面刷上一層釬焊膠，將硬質(zhì)合金“金屬布”貼在釬料“金屬布”上面，再將釬料“金屬布”貼在待焊零件表面；
[0019](3)釬焊連接:將裝配好的試樣置于真空度不低于1.5X10—3Pa的真空釬焊設(shè)備中，首先以5?10°C/min的速率升溫至300°C?350°C，保溫15?20min，以5?10°C/min的速率升溫至500?550°C，保溫20?30min，再以8?12°C/min的速率升溫至850°C?950°C，保溫10?15min，再以10?20°C/min的速率繼續(xù)升溫至釬焊溫度1025?1055°C，保溫時間20?30min，再以5?10°C/min的速率冷卻至700?800°C，最后以5?10°C/min的速率冷卻至300°C?400°C，隨爐冷卻至室溫，取出被焊試樣即可。
[0020]有益效果:本發(fā)明的用于圓形金屬零件表面改性的包覆材料及制備和焊接方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0021](1)本發(fā)明中包覆材料的成分主要為WC硬質(zhì)合金，通過釬焊的方法將包覆材料焊在零件表面大大提高零件表面的硬度及耐磨性，包覆材料與零件表面結(jié)合強度高；
[0022](2)本發(fā)明中包覆材料中包含細顆粒的Ni粉、Co粉及Ti粉，能夠有效填充釬焊涂層中硬質(zhì)合金顆粒之間的間隙，能夠加強潤濕性，并且能夠細化釬焊涂層的晶粒、改善組織，提高性能，同時硬質(zhì)合金“金屬布”中包含釬料NiCrBSi，也能達到同樣的目的，以獲得致密的釬焊涂層；
[0023](3)本發(fā)明中包覆材料包含硬質(zhì)合金“金屬布”與釬料“金屬布”，將釬料“金屬布”貼置于圓形金屬零件表面與硬質(zhì)合金“金屬布”中間，熔化的釬料能夠更好的填充顆粒之間的間隙，大大提高釬料的潤濕性，使WC金屬粉末更好地依附在金屬零件的表面；
[0024](4)本發(fā)明中在混合物中加入的有機硅樹脂粘結(jié)劑，使金屬纖維形成一個縱橫交錯的立體蛛網(wǎng)式結(jié)構(gòu)，金屬顆粒鑲嵌或包裹在粘接劑中，使分散的金屬粉形成一個相互聯(lián)系的整體，制備的金屬布柔韌性好，強度和密度高；
[0025](5)本發(fā)明中在乳制混合物前將混合物加熱到一定溫度能夠提高混合物的粘稠性，大大減少了乳制時間，提高了效率；
[0026](6)本發(fā)明中所制備的包覆材料為柔性的“金屬布”，既可焊接棒狀材料及圓管的外表面，又可焊接圓管的內(nèi)表面，裝配起來方便快捷；
[0027](7)本發(fā)明中的包覆材料制備時間短，柔韌性及強度高，大大提高了生產(chǎn)效率，具有較高的推廣價值。
【具體實施方式】
[0028]實施例1
[0029]成分配方:
[0030]硬質(zhì)合金“金屬布”包含37%Ni包碳化鎢粉(WC-10Ni)、23%Co包碳化鎢粉(WC-10(:0)、6.5%附粉、5%(:0粉、2.5%11粉、26%祖(:沖5丨釬料粉(4￥5 BNi_2);其中Ni包碳化鎢粉(WC-10Ni)顆粒尺寸為25ym，Co包碳化鎢粉(WC-lOCo)顆粒尺寸為25，Ni粉顆粒尺寸為5μm，Co粉顆粒尺寸為5ym，Ti粉顆粒尺寸為5μηι，NiCrBSi釬料粉顆粒尺寸為5μηι。
[0031]制備方法:
[0032](1)按質(zhì)量百分比稱取Ni包碳化鎢粉(WC_10Ni)、Co包碳化鎢粉(WC_10Co)、Ni粉、Co粉、Ti粉、NiCrBSi釬料粉(AWS BN1-2)，并將其混合；
[0033](2)將混合物裝入自動攪拌設(shè)備器皿中，并加入有機硅樹脂粘接劑，然后將器皿封閉，攪拌15?20min，得均勻的混合體，其中混合物與粘接劑質(zhì)量比為20: 1;
[0034](3)將步驟2得到的混合物放在電熱恒溫箱中加熱到100?150°C，保溫1?2h，以提尚混合物的粘桐性；
[0035](4)初乳:將步驟3攪拌得到的粉末利用“金屬布”乳制裝置進行乳制，首先初步控制“金屬布”的厚度在2?3_左右，進行初乳；
[0036](5)成型:對“金屬布”進行再一次乳制，調(diào)節(jié)乳輥的高度為1.5?2mm，給“金屬布”一個正壓力，對金屬顆粒表面及金屬顆粒之間的粘接劑產(chǎn)生擠壓作用，粘接劑在擠壓作用下形成纖維狀；
[0037](6)終乳:將乳輥的高度調(diào)到所需“金屬布”的厚度范圍(厚度為:1?1.5mm)，進行多次反復碾壓，金屬纖維形成一個縱橫交錯的立體蛛網(wǎng)式結(jié)構(gòu)，金屬顆粒鑲嵌或包裹在粘接劑中，使分散的金屬粉形成一個相互聯(lián)系的整體，纖維狀各個區(qū)間的金屬顆粒均勻分布，乳制出柔性硬質(zhì)合金“金屬布”。
[0038](7)稱取一定量的釬料粉NiCrBSi，按照步驟(4)?(6)乳制出厚度為1?1.5mm的釬料“金屬布”；
[0039](8)按照圓形金屬零件的尺寸對硬質(zhì)合金“金屬布”與NiCrBSi釬料“金屬布”進行裁剪。
[0040]釬焊工藝:
[0041]包覆材料和奧氏體不銹鋼鋼管外表面真空釬焊:兩根奧氏體不銹鋼鋼管，尺寸為Φ 20mmX 50mmX 3mm，奧氏體不銹鋼為304不銹鋼，兩塊釬料“金屬布”，尺寸為64mmX 50mmX1mm，兩塊硬質(zhì)合金“金屬布”，尺寸為67mm X 50mm X 1mm。
[0042](1)焊前準備:先對奧氏體不銹鋼鋼管表面進行清理，除去表面的雜質(zhì)及油污，并置于純丙酮中采用超聲波方法清洗15min;
[0043](2)試樣裝配:在鋼管表面及兩種“金屬布”表面刷上一層釬焊膠，將硬質(zhì)合金“金屬布”貼在釬料“金屬布”上面，再將釬料“金屬布”貼在鋼管外表面；
[0044](3)釬焊連接:將裝配好的兩個試樣整體分別以水平與豎直的位置于真空度不低于1.5X10—3Pa的真空釬焊設(shè)備中，以10°C/